mikrocontroller.net

Forum: HF, Funk und Felder Braucht der symmetrische Dipol-Ausgang einen Bezug zur Erde ?


Autor: Recently (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich hätte mal eine Frage zum "symmetrischen" Ausgangssignal einer 
Dipol-Antenne im KW-Bereich ? Zunächst, auf die Frage, wie denn ein 
symmetrisches Signal genau definiert ist, habe ich bei Wickipedia 
folgendes gefunden:

"Symmetrisch bedeutet, dass zwei gegen Massepotential gleichgroße 
gegenphasige Wechselspannungen vorliegen, ..."

Das würde ich ja verstehen. Das ist diese Geschichte, wo beim Empfänger 
durch Subtraktion der beiden Eingangssignale die Störungen elemeniert 
werden. Bei Antennen macht mir jedoch die Masseverbindung gedankliche 
Probleme. Ein Dipol liefert mir ein "symmetrisches Signal". Heisst das, 
wenn ich ein ausreichend leistungsstarkes 2 Kanal-Oszilloskop hätte und 
meine beiden Kanäle an die Dipolschenkel anschliessen würde, würde ich 
zunächst undefiniertes Gebrumme sehen, aber in dem Moment, wo ich die 
Masse meines Oszilloskops mit einem Staberder verbinde sehe ich zwei 
gegenphasige Signale auf dem Schirm ? (Nehmen wir mal an, wir machen das 
direkt neben einem starken Sender, damit man auch was sieht).

Welche Wichtigkeit hat bei der Funkübertragung die Erde ? Ist sie 
überhaupt notwendig ? Braucht eine Antenne, die mit "Hühnerleiter" 
angeschlossen wird eine "Erde", damit sie funktioniert ?

Vielen Dank für Tipps

Autor: oszi40 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Recently schrieb:
> Welche Wichtigkeit hat bei der Funkübertragung die Erde ?

-große,deshalb wurde mancher MW-Großsender bevorzugt im Feuchtgebiet 
aufgestellt.
-optischer Horizont, Reflexion

-Ein Dipol liefert dann ein schönes Signal WENN er zur Wellenlänge 
passt.

Mehr da: wiki + http://www.antennenbuch.de/

Autor: U. B. (pasewalker)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>> Welche Wichtigkeit hat bei der Funkübertragung die Erde ?

> -große,deshalb wurde mancher MW-Großsender bevorzugt im Feuchtgebiet
> aufgestellt.

Bei "langen" Wellen ist die Erde gewissermassen eine Seite des Dipols.

Bei "kurzen" Wellen braucht man keine Erde ( z.B. Satellitenfunk
im Weltraum ), man hat dann einen vollständigen Dipol.

Die Erde kann das Funksignal natürlich abschatten, reflektieren und 
dämpfen.

Autor: Recently (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@oszi40: Der Rothammel ist "das" Werk der Antennen-Praktiker,ich besitze 
auch eine ältere Ausgabe. Auf meine Frage gibt er aber leider keine 
Antwort (wenn doch, wo genau?). Er beschreibt die Zweidrahtleitung 
zweckdienlich, drückt sich aber leider um Erklärungen zu der nicht 
beachteten Masse. Ok, Werke mit mathematischen Beschreibungen, die ich 
nichtmal vorlesen könnte, habe ich auch schon mehrfach gegoogelt und 
gefunden, aber kann man es nicht hier im Forum ein bischen einfacher 
plausibel erklären :-) ?

Ich gehe mal einen Schritt weiter: Wenn also bei höheren Frequenzen die 
Masse keine Rolle mehr spielt, was ist dann mit der Definition der 
"symmetrischen Speisung" ? Die enthält ja nun mal den Massebezug als 
wichtigen Bestandteil, ohne den es keine Spannungen gäbe, die man 
voneinander subtrahieren könnte ? Das bringt mich dann umgekehrt zur 
Frage, wozu brauche ich die tolle Sache mit der Differenz-Bildung 
überhaupt, das Signal liegt ja zwischen den beiden Leitern der 
Zweidrahtleitung auch direkt verwertbar an ? Aber "dazwischen" ist es 
kein Differenzsignal, sondern nur ein ganz "normales" Signal. Kann man 
da noch von "symmetrischer Speisung" reden ? Habe mich wahrscheinlich 
gedanklich nur in "Begrifflichleiten" verstrickt, vielleicht kann mir 
jemand daraus helfen.

Bitte um direkte Beschreibungen, bitte keine Hinweise auf Werke, wo man 
es finden könnte oder auch nicht :-)

Vielen Dank !

Autor: Hahnebüchen (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Den Begriff "symmetrisch" kann ich mir ohne Massebezug auch nicht 
vorstellen ...

Autor: Mikrowilli (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bei einer Dipolantenne für Kurzwellen kommt der Erd- oder Massebezug 
bereits "von sich aus" durch die räumliche Anordnung zustande: man kann 
sich einen Dipol quasi als "aufgebogenen" Schwingkreis vorstellen. Zu 
der Kapazität zwischen den beiden Dipolästen kommt bei bodennaher 
Anordnung noch die den Erdbezug begründende Kapazität zwischen den 
Dipolästen und der Erde. Dieser Effekt wird mit wachsendem Abstand der 
Antenne zur Erde (in Relation zur Betriebswellenlänge) immer kleiner und 
schließlich vernachlässigbar. Wenn der Dipol symmetrisch zur Erde 
aufgebaut ist, sollten sich deshalb im Speisepunkt gleichgroße und 
gegenphasige Signalspannungen gegen Erdpotential messen lassen. Man muß 
die Erde aber nicht einbeziehen und kann die Signalspannung direkt 
zwischen den beiden Anschlüssen im Speisepunkt abnehmen.

Autor: Tom (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> "Symmetrisch bedeutet, dass zwei gegen Massepotential gleichgroße
> gegenphasige Wechselspannungen vorliegen, ..."
>
> Das würde ich ja verstehen. Das ist diese Geschichte, wo beim Empfänger
> durch Subtraktion der beiden Eingangssignale die Störungen elemeniert
> werden.

Wobei in diesem Fall die gegenphasigen Spannungen gar nichts dazu 
beitragen, die Subtraktion im Eingang (bei gleichen Ein- und 
Ausgangsimpedanzen etc. beider Leitungen) ist das einzig entscheidende. 
Das haben allerdings meiner Erfahrung nach 97% aller Autoren und 
Lehrenden nicht verstanden.

Gedankenexperiment: Bekanntlich funktioniert die Elimination von 
Störungen auch, wenn das Ausgangssignal gerade 0 ist. Wie unterscheidet 
man, wie die 0V auf der -Leitung erzeugt wurden (mit einem Draht an 
Masse oder die 0V der +Leitung invertiert)?

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
oszi40 schrieb:
> Recently schrieb:
>> Welche Wichtigkeit hat bei der Funkübertragung die Erde ?
>
> -große,deshalb wurde mancher MW-Großsender bevorzugt im Feuchtgebiet
> aufgestellt.

Nur, wenn sie mit einer λ/4-Antenne arbeiten (Monopol).  Wenn man
einen Dipol benutzt, spielt die Erde zwar anderweitig eine Rolle
(weil sie das Strahlungsdiagramm beeinflusst), aber für die Einleitung
des HF-Stroms in die Antenne ist sie dann egal.

Der hier hat beispielsweise einen Dipol von (bei Nominalfrequenz) λ/2:

http://de.wikipedia.org/wiki/Funkturm_Wilsdruff

Autor: recently (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
In erster Linie geht es mir um die Klärung des Begriffes "symmetrische 
Speisung" einer Antenne. Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, dass 
man das Wort "symmetrisch" verwenden darf? Was genau heisst symmetrisch? 
Wenn der Erdbezug nicht erforderlich ist, was denn dann? Wenn ich ein 
Koaxkabel mit einer Hühnerleiter vergleiche, sehe ich in beiden Fällen 
genau 2 Leitungen, mit denen das Signal übertragen wird. Was ist denn 
bei einer Hühnerleiter symmetrisch, was bei einem Koaxkabel 
unsymmetrisch ist ? Nur das Aussehen ? Letztendlich fliesst doch der 
Strom in dem einen Leiter nach "vorne" und in dem anderen nach "hinten" 
:-) Oder nicht ?

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
In einem realen HF-System hast du immer irgendwo ein "Erdpotenzial"
(besser wäre wohl "Bezugspotenzial"), auch wenn das nicht mit der
physikalischen Erde verbunden ist.  Bei einer symmetrischen Anregung
hast du zwei HF-Signale, die gegenphasig um dieses Bezugspotenzial
pendeln, bei asymmetrischer Speisung gibt es nur einen "heißen"
Draht.

Deine Frage ist rein theoretischer Natur; für ein x-beliebiges
praktisch aufgebautes System stellt sie sich nicht.

Autor: recently (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Jörg Wunsch schrieb:
> bei asymmetrischer Speisung gibt es nur einen "heißen"
> Draht.

Das ist für mein Verständnis jetzt sehr wichtig: Heisst das etwa, das 
auf dem Koaxkabel-Außenleiter idealerweise kein Strom fliesst ? Wird das 
Signal nur auf dem Innenleiter in Form einer Wellenausbreitung 
übertragen ? Muss man sich hier von der Stromkreis-Vorstellung trennen ?


> In einem realen HF-System hast du immer irgendwo ein "Erdpotenzial"
> (besser wäre wohl "Bezugspotenzial")

Wo bei einem batteriebetriebenen Handfunkgerät Erdpotentiale zu finden 
sind, leuchtet mir nicht ein. Für ein "Potential" muss der Generator 
doch ein "Bein" in der Erde haben, oder nicht ?


> Deine Frage ist rein theoretischer Natur; für ein x-beliebiges
> praktisch aufgebautes System stellt sie sich nicht.

... das wollen wir lieber nicht im Detail diskutieren :-)

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
recently schrieb:

>> bei asymmetrischer Speisung gibt es nur einen "heißen"
>> Draht.
>
> Das ist für mein Verständnis jetzt sehr wichtig: Heisst das etwa, das
> auf dem Koaxkabel-Außenleiter idealerweise kein Strom fliesst ?

Nein, selbstverständlich fließt auch auf dem Außenleiter Strom.
Allerdings hat er keine Spannung (idealerweise), denn er liegt
ja (per definitionem) auf Bezugspotenzial.


>> In einem realen HF-System hast du immer irgendwo ein "Erdpotenzial"
>> (besser wäre wohl "Bezugspotenzial")
>
> Wo bei einem batteriebetriebenen Handfunkgerät Erdpotentiale zu finden
> sind, leuchtet mir nicht ein.

Daher schrieb ich ja auch "Bezugspotenzial".  Auch, wenn das nicht
physisch mit irgendeiner Erde verbunden ist (10 m Draht bis zur
tatsächlichen Erde wären selbst bei Kurzwelle schon keine wirkliche
"Erde" mehr), so ist es doch das Potenzial, das insgesamt die geringste
Induktivität und die größte Kapazität zur tatsächlichen Erde aufweist.
Gegen dieses Potenzial wird alle HF-Abblockung vorgenommen, es ist
in der Regel mit einem Pol der Spannungsquelle verbunden, es hat beim
von dir genannten Handfunkgerät eine hohe Kapazität gegenüber dem
Benutzer (sodass es eventuelle HF-Ströme schnell auf diesen ableiten
kann).

Autor: recently (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke für die Antworten.Freue mich, dass sich jemand mit mir zu diesem 
Thema auseinandersetzt. Leider kann ich die Informationen noch nicht zu 
einer widerspruchsfreien Modellvorstellung zusammenfügen (=ichs verstehs 
einfach nicht)

>... selbstverständlich fließt auch auf dem Außenleiter Strom.
>Allerdings hat er keine Spannung (idealerweise), denn er liegt
>ja (per definitionem) auf Bezugspotenzial.

andererseits wird gesagt:
>10 m Draht bis zur tatsächlichen Erde wären selbst bei Kurzwelle
>schon keine wirkliche "Erde" mehr

Ich sehe da folgenden Widerspruch:
- 10m Kabel können bei Kurzwelle das Erdpotential nicht vom Erdungspunkt 
zum betrachteten Gerät bringen.
- Der Außenleiter eines Koaxkabels verhält sich anders als ein Draht. 
Auf jedem beliebigen Punkt des Aussenleiters besteht Erdpotential, egal 
wie lang das Kabel ist.


Mal ganz naiv: Wenn ich das Wort Potential höre, verstehe ich darunter 
eine Spannung, die ich mit einem Messgerät messen kann. Was verstehe ich 
nun unter einem Potential zwischen Handfunkgerät und "Erde". In meiner 
Vorstellung haben die nichts miteinander zu tun ... wie können da 
Spannungen auftreten ?

Vielen Dank für die Geduld !

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
recently schrieb:

> - Der Außenleiter eines Koaxkabels verhält sich anders als ein Draht.

Nein.  Der losgelöste Draht war als "frei in der Luft hängend"
betrachtet.  Damit ist es einfach schon mal eine nennenswerte
Induktivität und nicht einfach nur ein Leiter.  Wenn die Länge einen
nennenswerten Teil der Wellenlänge der betrachteten Frequenz erreicht,
dann kann sich von dem Draht auch ein EM-Feld ablösen, er wird zur
Antenne.

Der Außenleiter des Koaxkabels ist jedoch Teil einer Leitung.  Diese
zeichnet sich dadurch aus, dass sie als (relativ gleichmäßig)
verteilter induktiver und kapazitiver Anteil betrachtet werden kann,
wobei der Quotient beider Anteile den Wellenwiderstand bildet.  In der
Leitung bauen sich elektrische und magnetische Felder auf, die
letztlich für den Energietransport verantwortlich sind, aber durch den
geschlossenen Außenleiter verlassen diese (idealerweise) die Leitung
nicht nach außen.

> Mal ganz naiv: Wenn ich das Wort Potential höre, verstehe ich
> darunter eine Spannung, die ich mit einem Messgerät messen kann.

Nein, es ist das *Bezugs*potenzial, also das, woran du die
"Masseklemme" deines Messgeräts dranklemmst.  Dabei ist das eine reine
Definition, aber eben entsprechend dieser Definition kannst du auf dem
Bezugspotenzial mit dem Messgerät nie eine Spannung messen.

Es hat sich einfach nur als praktisch erwiesen, dass man die HF-mäßig
"schwerfälligste" Metallmasse des Geräts als Bezugspotenzial
definiert.

(Es sollte klar sein, dass das eine Idealvorstellung ist.  Reale
Aufbauten bieten nicht die unendlich große gleichmäßige Fläche ohne
jeglichen induktiven Anteil, sodass sich auch innerhalb der
Masseflächen eines Aufbaus dann Spannungsdifferenzen ergeben.)

Autor: JoachimB (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Begrifflichkeiten sind nicht ganz richtig verwendet.
Eine Spannung ist eine Potentialdifferenz. Wenn ich zwei verschiedene 
Potentiale habe, dann kann zwischen diesen eine messbare Spannung 
bestehen.

Um das symmetrische Signal erklären zu können, würde ich mich auf die 
Unterschiede zum asymmetrischen Signal beziehen. Bei der 230 V 
Netzspannung gibt es eine "heiße" Leitung, die wir Phase "L" nennen. 
Diese Leitung hat eine Spannung gegenüber dem Erdpotential. bei einem 
Koaxialkabel ist der Innenleiter "heiß" und der Außenleiter hat 
idealerweise "Erdpotential". Beide Systeme sind asymmetrisch und es 
bildet sich ein Stromfluß von der heißen Leitung zum Erdpotential.
Bei Mikrofonleitungen führt das auch zu unerwünschten Effekten. Diese 
Effekte sind darauf zurückzuführen, dass zwischen der heißen Leitung und 
dem Bezugspotential eine große Fläche entstehen kann, die von 
magnetischen Feldlinien durchsetzt wird. So werden dann Störströme 
induziert.

Ein symmetrisches Signal wird auf zwei Leitungen transportiert. Beide 
Leitungen liegen definiert nahe zusammen (Hühnerleiter, differenzieller 
Mikrofoneingang) und es wird nur in geringem Ausmaß zu Störungen kommen. 
Zum Stromfluß wird dabei kein weiteres Bezugspotential benötigt! Das ist 
der Vorteil und deshalb benutzt man Differenzsignale! Bei einer Batterie 
hat man z.B. ein Differenzsignal mit der Frequenz 0. Batteriebetriebene 
Geräte haben deshalb auch seltener Probleme mit Störeinkoppelungen. Bei 
einem Dipol ist das ähnlich. Ich brauche keine Massefläche, kein 
Gegengewicht oder ähnliches.

Das Bezugspotential ist das Potential auf das ich meine Messungen 
beziehe. Bei einem Auto also üblicherweise die Fahrzeugkarosserie, die 
am Minuspol der Batterie angeklemmt ist.
Das Bezugspotential wird passend zur Messaufgabe gewählt. Wenn ich also 
ein älteres französisches Auto habe, dann kann auch der Plus-Pol der 
Batterie das Bezugspotential sein.

Ein symmetrisches Differenzsignal, kann ich bei vielen Oszilloskopen mit 
zwei Eingängen messen. Die Eingangsverstärker werden dazu auf 
Differenzbetrieb geschaltet. Die Masseleitung des Oszilloskops wird 
nicht an der Signalquelle angeschlossen. Das Eingangssignal muss sich im 
Gleichtaktbereich bewegen.
(So könnte man z.B. an Telefonleitungen messen, was aber nicht zulässig 
ist)

Gruß
Joachim

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.